STF

ＳＴＦ－柔性复合材料的防弹性能研究

材料学刘小虎

1.近年来随着科技的进步与发展人们对防弹材料的研究就一直没有停止过保护从事特殊工作人员的生命安全成为当今社会的一个主题１－２防弹材料由金属材料非金属材料发展到今天的复合材料美国合成物质研究中心和武器原料研究理事会在２０世纪９０年代合作研究ＳＴＦ并将其应用于个体防护装甲３ＷｅｔｚｅｌＥＤ等４人将剪切增稠液体ＳＴＦ与芳纶织物织物复合并且用实验证明了ＳＴＦ可以提高防弹衣的强度同时也减轻了质量织造出柔韧性较好的防护设备徐素鹏等５研究了ＳＴＦ与超高分子量聚乙烯织物机织物和无纺布复合材料的防弹防刺性能发现此复合材料能吸收大量的冲击能量而放在最外层相关研究表明６－８ＳＴＦ处于平衡状态时呈液态当受到高速突然冲击时ＳＴＦ体系的黏度瞬间增大阻碍子弹的入侵即将ＳＴＦ与Ｋｅｖｌａｒ织物复合所形成的ＳＴＦ－柔性复合材料具有一定的研究价值。利用ＪＳＭ－５６１０ＬＶ扫描电镜观察ＳｉＯ２的分布从而确定了ＳＴＦ与芳纶织物的复合工艺９－１０对比分析了不同ＳｉＯ２固含量对ＳＴＦ－柔性复合材料的拉伸性能的影响采用气控高速发射装置测试并分析了不同ＳｉＯ２固含量和不同铺层角度的ＳＴＦ－柔性复合材料的防弹性能。

2.防弹性能表征方法

在实验测试条件相同的情况下当材料被穿透时材料的Ｉｍ的数值越大表明材料的防弹性能越好当材料部分被穿透时未被穿透的材料的防弹性能比被穿透的材料的防弹性能好。实验所用Ｋｅｖｌａｒ织物裁剪成１７０ｍｍ×１７０ｍｍ的正方形其织物规格为经纬密９４×９４根１０ｃｍ面密度２０７ｇｍ２然后将之放置于ＬＣ－２１３型鼓风干燥箱中２ｈ其温度设为５０。用粒径为２０ｎｍ的ＳｉＯ２和分子量为２００的ＰＥＧ制备ＳＴＦ其中ＳＴＦ分散体系中ＳｉＯ２的固含量分别为３５％和４５％将

上述处理后的Ｋｅｖｌａｒ织物浸泡在ＳＴＦ和无水乙醇的质量比为１∶１．５的稀。释液中５ｍｉｎ在浸渍的同时在温度设定为２５℃的ＫＱ－２５０ＤＥ型超声波震荡仪作用３０ｍｉｎ其功率为１００Ｗ使得ＳＴＦ均匀的分散在织物中ｃ将带有无水乙醇的ＳＴＦ－柔性复合材料放置于ＬＣ－２１３型鼓风干燥箱中作用１３ｍｉｎ除去无水乙醇。测试方法

采用Ｉｎｓｔｒｏｎ３３６７万能材料实验机参照国标ＧＢＴ７６８９．５２００１测试ＳＴＦ－柔性复合材料的拉伸性能利用气控高速发射装置测试ＳＴＦ－柔性复合材料的防弹性能借助ＪＳＭ－５６１０ＬＶ扫描电镜分析ＳＴＦ－柔性复合材料的破坏模式。为了研究铺层角度和ＳｉＯ２固含量对ＳＴＦ－柔性复合材料防弹性能的影响设计了３组实验每组为３个不同ＳｉＯ２固含量的试样ＳＴＦ是由２０ｎｍＳｉＯ２和ＰＥＧ２００制备而成ａ按照工艺将乙醇完全挥发的单层ＳＴＦ－柔性复合材料将其经向和纬向有序铺层即相邻两层材料经向与经向或者纬向与纬向之间铺层一定的交叉角设计的铺层角度分别为０°４５°和９０°其示意

3.结论

从ＳＴＦ为纯芳纶织物置于温度设为５０℃鼓风干燥箱中并处理２ｈ然后将干燥后的纯芳纶织物在无水乙醇与ＳＴＦ的质量比为１．５∶１的混合体系中浸泡５ｈ最后采用鼓风干燥箱将复合材料中的无水乙醇除去ｂ从ＳＴＦ－柔性复合材料和纯芳纶织物的拉伸性能曲线图中可以看出其拉伸断裂强力基本没有变化表明在速度较小的外力牵引下即人们穿着ＳＴＦ－柔性复合材料时ＳＴＦ的黏度不会剧烈增加而影响人们的活动ｃ随着铺层角度的变化ＳＴＦ－柔性复合材料的防弹性能由强到弱的铺层角度依次是４５°＞９０°＞０°且在铺层角度相同时随着ＳＴＦ中ＳｉＯ２的固含量的增加ＳＴＦ－柔性复合材料的防弹性能越好ｄＳＴＦ－柔性复合材料消耗冲击动能主要是ＳＴＦ体系的黏度增加提高Ｋｅｖ

ｌａｒ纤维之间的摩擦力其耗能形式为Ｋｅｖｌａｒ纤维断裂变形和抽出。